• Avaliar como a luz se comporta ao atravessar uma lente esférica;
• Diferenciar qual a lente apropriada para corrigir determinado defeito de visão;
• Determinar o grau e o ângulo de correção para uma lente cilíndrica;
• Que a lente pode corrigir uma deficiência na esfericidade da córnea. 

100 MIN (2 AULAS)

• Raio de luz. 
• Leis da Reflexão
• Refração da luz

 

1.Definição, Aplicações, Classificações e Comportamento Óptico das Lentes Cilíndricas

 

É interessante que o professor inicie a aula mostrando a larga potencialidade do uso das lentes esféricas que vão desde aparelhos sofisticados telescópios,  microscópios ópticos, aparelhos de projeção, máquinas fotográficas até ao habitual óculos de grau.

Em seguida, o professor insere a definição de uma lente esférica e inicia o estudo mostrando os tipos de lentes e qual o comportamento óptico de cada uma. A classificação a seguir, quanto a forma e depois quanto ao comportamento da luz ao atravessá-la, pode ser apresentado com a animação que aparece após as figuras ou se o professor dispor destas lentes e de uma caneta laser, pode ser na forma de demonstração do feixe ao atravessar estas lentes. 

Classificação:

• Quanto à forma

•  Lentes de bordas finas ou delgadas: quando as bordas são mais finas que a região central.

 

Figura 1. Tipos de lentes delgadas, por D R Ventura. 

 

 

•  Lentes de bordas grossas ou espessas: quando a região central é mais fina em relação às bordas.

 

 

           

 

                                   Figura 2. Tipos de lentes côncavas,  por D R Ventura.

• Quanto ao comportamento óptico:

 

• Lentes convergentes:

Figura 3. Esquema do comportamento de uma lente convergente, lente de bordos finos de vidro colocada no ar.  Um feixe de luz com raios paralelos ao atravessá-la  converge,  por D R Ventura.

 

 

• Lentes divergentes:

                       

Figura 4. Esquema do comportamento de uma lente divergente, lente de bordos largos de vidro colocada no ar. Um feixe de luz com raios paralelos ao atravessá-la diverge,  por D R Ventura.

 

É viável que neste momento o professor passe o seguinte vídeo (1 min) para os alunos:

Pontociência - Lentes Esféricas:  

 http://www.youtube.com/watch?v=iVCEiwC8Zqg

 

Após a exibição do vídeo acima, coloque a turma em círculo na sala e  peça que, voluntariamente, um dos alunos explique uma das questões a seguir e assim faça sucessivamente com as demais questões, quando necessário, deixe que outros alunos interfiram e complementem a resposta e relatem situações do seu cotidiano: 

1. Quando um feixe de luz paralelo atravessa uma lente ele sempre diverge?
   Resposta Esperada: Não, algumas causam divergência outra causam convergência. 
    
2. Qual tipo de lente das apresentadas acima provoca a convergência de um feixe de luz que incide paralelo ao eixo da lente?
   Resposta Esperada: As lentes de bordas finas de vidro (figura 1) colocadas no ar  funcionam como convergente e os raios ao atravessarem a lente convergem para o foco como na figura 3.
    
3. Qual tipo de lente das apresentadas acima provoca a divergência de um feixe de luz que incide paralelo ao eixo da lente?
   Resposta Esperada: As lentes de bordas largas de vidro (figura 2)  colocadas no ar  funcionam como divergente e os raios ao atravessarem a lente divergem como na figura 4. .
    
4. Estas lentes podem ser usadas com quais  funções?
   Resposta Esperada: As lentes podem ser usadas em óculos, instrumentos ópticos como microscópios, lupas, telescópios, projetores de slides . 
    
5. Você já manuseou uma destas lentes?
   Resposta Esperada: sim, nos óculos, câmaras fotográficas, lupas, binóculos etc.
    
6. A lupa é uma lente de que tipo?
   Resposta Esperada: Uma lente de bordas finas , ou seja uma lente que no ar é convergente, serve para convergir os raios, podendo ser usada como lente de aumento.
    
7. Com uma lupa sob o Sol, é possível colocar fogo em um pedaço de papel?
   Resposta Esperada: Sim, pois os raios de Sol ao atravessarem a lente convergem para o foco e colocando um papel no foco, depois de um certo tempo, este entra em combustão, pois atinge temperatura muito alta. 
    

 

2. Comportamento das lentes e índice de refração:

O professor deve esclarecer aos alunos que tanto lentes de bordas espessas como de bordas finas podem ser divergentes ou convergentes. Isso depende do meio no qual elas estão imersas. Se o meio não é o ar, por exemplo, e tem índice de refração maior que o da lente, inverte a função de convergente para divergente e vice versa. Logo, tem que ser avaliado o índice de refração do meio em relação ao da lente. 

1° caso – n _lente > n _meio

 

Figura 5: Esquema do comportamento óptico das lentes convergentes e divergentes quando n_lente>n_meio,  por D R Ventura.

 

2° caso – n _lente < n _meio

 

Figura 6: Esquema do comportamento óptico das lentes convergentes e divergentes quando n_lente<n_meio,  por D R Ventura.

A seguir, o professor deve exibir o seguinte vídeo para todos os alunos, nele é mostrado o comportamento de lentes divergentes , convergentes e a associação destas:
 

http://www.youtube.com/watch?v=5jWf8JAznzU&feature=related

 

 

 

Para o professor inserir os conceitos de foco, centro óptico e correlatos, além de inserir o comportamento dos feixes de luz que incidem nas lentes e formação de imagens na mesma é sugerido fortemente que esse estudo seja inicializado com um aplicativo em Java extremamente eficiente:

Apresente a turma a animação a seguir, onde a imagem e o objeto são vistos. Movimente usando o mouse a posição do objeto, em vermelho na animação, em relação ao foco e observe o que acontece com a imagem. 

• Imagens em Lentes Covergentes (Image Formation by a Converging Lens)

http://www.physics.uoguelph.ca/applets/Intro_physics/kisalev/java/clens/index.html

 

• Imagens em lentes Divergentes (Image Formation by a Diverging Lens)

http://www.physics.uoguelph.ca/applets/Intro_physics/kisalev/java/dlens/index.html

 

De forma divertida, eficiente e menos trabalhosa o professor irá inserir todo o conteúdo baseado nos aplicativos Java apresentados e consolidar o estudo com atividades e exercícios no quadro. Ao usar o aplicativo o professor deve associar a movimentação do objeto e da imagem com a equação de Gauss a seguir (Figura 7) 

 

Estudo Analítico:

 

• Equação de Gauss

 

Figura 7. Posição do objeto d_o e posição da imagem d_i, distancia focal f_o e a equação de Gauss que relaciona os três parâmetros,  por D R Ventura.

 

• Equação do aumento linear transversal é apresentada a seguir. O professor deve associar esta equação ao que foi observado na animação. Observe que ao movimentarmos o objeto em relação ao foco ocorre uma variação no tamanho da imagem. 

 

                          

 

O professor deve discutir as convenções de sinais que se seguem abaixo:

 

Resolva alguns alguns exercícios com os alunos como forma de fixação.

Exemplos: http://www.coladaweb.com/exercicios-resolvidos/exercicios-resolvidos-de-fisica/lentes-esfericas

 

• Vergência

Mostre aos alunos o significado de vergência (V=1/F) e que, na realidade, o conceito de “grau” do óculos advém dessa equação.

Mostre aos alunos o endereço abaixo  onde questões são propostas e resolvidas pelos estudantes, esta questão ilustra o conteúdo estudado acima:

http://www.amigonerd.com/lentes-esfericas/

 

3. Defeitos da Visão e suas correções.

 

A seguir, aproveite o tema e já dê seqüência falando dos defeitos da visão e como corrigi-los. É interessante que a partir daqui a aula possa ser dada de forma interativa, com aplicativos ou vídeos, os quais são sugeridos abaixo:

3.1. Funcionamento da visão

A visão (2 minutos):
 

http://www.youtube.com/watch?v=YaQ0-7m_AZo&feature=related
 

 

3.2. Funcionamento, Defeito e suas correções

Telecurso 2000 - 54 - A visão e os defeitos mais comuns (12 minutos) 
 

http://www.youtube.com/watch?v=xzrx7H8Bvg4
 

 

Após a exibição dos vídeos acima, divida a turma em grupos e peça a eles que discutam as questões para apresentarem aos demais alunos da turma as respostas a todas as questões.
Quando necessário deixe que alunos do mesmo grupo interfiram e complementem a resposta.  
Cada grupo deve dar resposta a algumas das questões que serão sorteadas na hora da apresentação.  

1. Como são formada as imagens em nosso olho?
    
2. Quais são os defeitos mais comuns?
    
3. Qual a correção para miopia?
    
4. Qual a correção para hipermetropia?
    
5. O que presbiopia?
    
6. Qual a correção para presbiopia?
    
7. Pesquise na internet o  que é astigmatismo?
   Resposta : " O astigmatismo é uma condição que decorre da diferença de curvatura da córnea ou cristalino nas diferentes direções (comparável às curvaturas de um ovo ou de uma bola de futebol americano), e disto resultam diferentes profundidades de foco que distorcem a visão tanto de longe quanto perto. Pode ser corrigido com lentes cilíndricas. A imagem ao lado mostra como é a visão de indivíduo portador de astigmatismo." do site : http://www.passeiweb.com/na_ponta_lingua/sala_de_aula/fisica/optica/optica_da_visao/optica_visao
    
8. Qual o tipo de lente de correção para o astigmatismo?
   Resposta :"Consiste no fato de que as superfícies que compõem o globo ocular apresentam diferentes raios de curvatura, ocasionando uma falta de simetria de revolução em torno do eixo óptico. 
   A correção é feita com a utilização de lentes cilíndricas capazes de compensar tais diferenças entre os raios de curvatura. " do site:  http://www.brasilescola.com/fisica/defeitos-na-visao-humana.htm
    
9. O que é uma lente multifocal?
    
10. Quando uma pessoa usa uma lente multifocal?

 

Novo olhar sobre a visão

http://cienciahoje.uol.com.br/noticias/2010/12/novo-olhar-sobre-a-visao/?searchterm=visão

 

Um olhar para além dos sentidos

http://cienciahoje.uol.com.br/colunas/fisica-sem-misterio/um-olhar-para-alem-dos-sentidos/?searchterm=visão

 

Óculos para todos

http://cienciahoje.uol.com.br/revista-ch/2010/273/oculos-para-todos/?searchterm=visão

 

 

O alcance da nossa visão

http://cienciahoje.uol.com.br/colunas/fisica-sem-misterio/o-alcance-da-nossa-visao/?searchterm=visão

 

Como funcionam as câmeras fotográficas

http://viagem.hsw.uol.com.br/cameras-fotograficas.htm

 

Após esta aula, o aluno deve ser capaz de: 

• Entender como se dá a formação de imagens;
• Entender os diferentes tipos de lentes e como cada uma se comporta opticamente;
• Avaliar o significado do “grau” nos óculos de grau, os defeitos relacionados a visão como corrigi-los.